微波遙感講課演示文稿-08-4

微波遙感MICROWAVEREMOTESENSINGPARTIV側(cè)視雷達(dá)影像的幾何變形①等效中心投影雷達(dá)影像比例尺是變化的，取平均比例尺框幅影像比例尺各處一致，假定同時(shí)觀測(cè)

（僅因光學(xué)系統(tǒng)某個(gè)問題出現(xiàn)變形）

雷達(dá)影像比例尺

2vfλ=──=──CH

v雷達(dá)成像陰極射線管上亮點(diǎn)的掃描速度C為雷達(dá)波在空間的傳播速度H是傳感器高度f為等效焦距∵斜距為Rp=H/cosθ

yp=λRp=λH/cosθ=f/cosθ

地面點(diǎn)P在等效的中心投影圖像

oy′上的成像點(diǎn)

p＇的坐標(biāo)為

yp＇=ftgθ

雷達(dá)圖像坐標(biāo)和等效中心投影圖像坐標(biāo)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系即

yp=(yp＇/tgθ)/cosθ=yp＇/sinθ=yp＇/sin[arctg(yp＇/f)](yp=f/cosθ)

yp＇=fsinθ/cosθ=ypsinθ(yp＇=ftgθ)=ypsin[arccos(f/yp)]

斜距投影的變形誤差為

dy=yp-yp＇=f(1/cosθ-tgθ)=yp{1–sin[arccos(f/yp)]}yp=λRp=λH/cosθ=f/cosθ中心投影的幾何成像公式是經(jīng)典公式

若實(shí)現(xiàn)雷達(dá)影像與等效中心投影坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，則可借用其成像方程進(jìn)行分析和影像處理

②幾何變形分析的參照量a.與中心投影（理想狀態(tài)）的差異（斜距投影差）

中心投影影像也有形變，其形變分析可依共線方程進(jìn)行

b.考慮大地基準(zhǔn)面

地形起伏影響沒有地形起伏時(shí)P點(diǎn)坐標(biāo)有地形起伏時(shí)則圖像上的變形為

這里只是將地面點(diǎn)投影到大地基準(zhǔn)面上分析投影差而地面點(diǎn)（在基準(zhǔn)面上）還有斜距投影差（與等效中心投影之差異）整個(gè)的投影差還須考慮斜距投影差。

地形起伏、地球曲率等均以大地基準(zhǔn)面的斜距投影來考慮大氣折射和地球自轉(zhuǎn)則只考慮地面點(diǎn)的位置，而沒考慮大地基準(zhǔn)面③外方位元素的影響理想狀態(tài)與實(shí)際狀態(tài)

平穩(wěn)與不平穩(wěn)外方位元素

照射帶變化斜距無變化航向平移斜距、入射角變化指向旋轉(zhuǎn)相應(yīng)某點(diǎn)的斜距、入射角變化，像點(diǎn)位置、亮度變化航速變化具有同樣效應(yīng)，也可看作外方位元素各類外方位元素之間有一定相關(guān)性但實(shí)際分析時(shí)并不將所有的外方位元素一起考慮。

側(cè)視雷達(dá)影像的構(gòu)像方程①構(gòu)像方程的概念

成像幾何關(guān)系的表達(dá)影像點(diǎn)坐標(biāo)與相應(yīng)地面點(diǎn)地面坐標(biāo)由成像機(jī)理所形成的關(guān)系表達(dá)式。用于幾何變形分析，成像幾何質(zhì)量分析，影像幾何校正。②中心投影方式下的構(gòu)像方程地面點(diǎn)P的影像坐標(biāo)為將影像坐標(biāo)系作轉(zhuǎn)換（由于存在姿態(tài)變化），即以投影中心S（或焦點(diǎn)）為坐標(biāo)原點(diǎn)的坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)變換，使坐標(biāo)軸分別與地面坐標(biāo)系相應(yīng)各坐標(biāo)軸平行再乘以比例尺系數(shù)就得到以S為原點(diǎn)P點(diǎn)的坐標(biāo)，再加上S點(diǎn)的地面坐標(biāo)就得到以O(shè)點(diǎn)原點(diǎn)的P點(diǎn)的地面坐標(biāo)。

其中

于是

右式展開后，以x,y的表達(dá)式分別除-f的表達(dá)式，得

在姿態(tài)角很小的情況下③相應(yīng)于等效中心投影的雷達(dá)影像構(gòu)像方程

掃描延遲dr

第一點(diǎn)成像時(shí)刻與脈沖發(fā)射時(shí)刻之差等效中心投影坐標(biāo)以雷達(dá)影像坐標(biāo)表達(dá)出來代入中心投影的構(gòu)像方程即適合于航空雷達(dá)圖像若用在航天雷達(dá)圖像中，則地面坐標(biāo)系須作轉(zhuǎn)換

④雷達(dá)影像的成像矢量關(guān)系

適合于航空航天雷達(dá)

⑤konecny

提出的等效共線方程（1998年）前述等效共線方程以雷達(dá)影像平均比例尺為基礎(chǔ)，是一種近似，事實(shí)上雷達(dá)影像各點(diǎn)處比例尺不盡一致。konecny提出的模型：

m的幾何意義分母——分子第二項(xiàng)分子地形起伏所致斜距投影變形

m即投影變形的比例（對(duì)于歸化面來說）⑥基于多普勒方程的構(gòu)像方程在介紹SAR方位向分辨率時(shí)，曾推導(dǎo)出

s為雷達(dá)波速度，V為平臺(tái)速度在地心坐標(biāo)系內(nèi)，地物點(diǎn)G為隨地球自轉(zhuǎn)速度We為地球自轉(zhuǎn)速度，為G所處緯度衛(wèi)星位置為速度為VS

G點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的影像點(diǎn)（i,j）斜距為顯然由于有地物點(diǎn)G應(yīng)滿足橢球方程：

N為地球曲率半徑，H為G點(diǎn)高程，e為橢球偏心率。微波輻射計(jì)圖像的構(gòu)像方程和圖像變形分析全景投影變形和輻射計(jì)圖像構(gòu)像方程由全景相機(jī)說起全景投影方式與輻射計(jì)圖像坐標(biāo)

等效中心投影方式圖像坐標(biāo)仍舊考慮一條掃描行為同時(shí)獲取的數(shù)據(jù)（近似）事實(shí)上，這與分析全景相機(jī)影像變形是一致的。由于等效中心投影方式圖像坐標(biāo)關(guān)系，得到微波輻射計(jì)圖像構(gòu)像方程圖像變形分析由簡(jiǎn)化的中心投影方式圖像構(gòu)像方程及其全微分方程（誤差方程）影像幾何校正方法1.多項(xiàng)式方法前提影像最好為地距顯示方式 地面起伏不大校正精度要求不高X?Y為地圖坐標(biāo)大范圍影像的分片校正方法每一點(diǎn)上不用高程信息2.利用模擬影像模擬時(shí)同多項(xiàng)式方法類似，在模擬影像和待校正影像上找同名點(diǎn)，求解多項(xiàng)式系數(shù)，然后進(jìn)行幾何校正。不考慮幾何變形考慮幾何變形3.利用構(gòu)像方程①數(shù)學(xué)模型比較嚴(yán)密，每一點(diǎn)上要用高程信息②選擇基于矢量關(guān)系的構(gòu)像方程③基于地心直角坐標(biāo)系④控制點(diǎn)上的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換由于雷達(dá)天線地心坐標(biāo)是星下點(diǎn)S的地理經(jīng)緯度Ls，Bs和衛(wèi)星飛行高度Hs的函數(shù)，速度分量Vx,Vy,Vz

則是獨(dú)立變量,所以共線方程中的獨(dú)立參量共有六個(gè)，即Ls,Bs,Hs,Vx,Vy,Vz。⑤觀測(cè)值方程對(duì)基于矢量關(guān)系構(gòu)像方程求全微分方程Xp′Yp

′

Zp

′

為每次迭代時(shí)控制點(diǎn)坐標(biāo)加上ΔXΔYΔZ⑥天線位置和速度矢量的行序表達(dá)式如只要求得如此有12個(gè)未知量，加上每一點(diǎn)的⑦迭代方法

若構(gòu)像方程第一式計(jì)算結(jié)果不為零，得將加到x上，重新計(jì)算天線位置和速度矢量，再計(jì)算第一式，直至結(jié)果小于閾值，然后計(jì)算第二式得y

⑧錨點(diǎn)方法確定格網(wǎng)如200米×200米在格網(wǎng)點(diǎn)上按構(gòu)像方程方法迭代計(jì)算得到{Xi,j

,Yi,j

,Zi,j

,xi,j

,yi,j

}由四個(gè)相鄰格網(wǎng)點(diǎn)按一次多項(xiàng)式內(nèi)插和灰度重采樣圖上測(cè)量①前提地面起伏較小，地距顯示圖像②光點(diǎn)尺寸補(bǔ)償強(qiáng)信號(hào)減一弱信號(hào)加一③若只有斜距圖像b.再量測(cè)兩點(diǎn)間方位向上的距離C.計(jì)算兩點(diǎn)間距④高度量測(cè)前提條件獨(dú)立地物

h/PQ=H/SQ故

h=H·PQ/SQ=H(sq-sp)/sq由于

h/(PT+TQ)=H/SQ則

h=(PT+TQ)H/SQ=(pt+tq)H/sq⑤立體量測(cè)中的視差表示視差：同一地物在立體影像上的坐標(biāo)差異迭掩產(chǎn)生位移（像點(diǎn)）在水平面上的投影具有方向，大小即頂?shù)淄队瓣P(guān)系（方向、大?。┮栽摰匚镌诨鶞?zhǔn)面上的位置與依其斜距所對(duì)應(yīng)點(diǎn)的位置差異表示表示方便，并非精確目標(biāo)點(diǎn)的解析定位（軍事目標(biāo)定位）①航空雷達(dá)觀測(cè)時(shí)目標(biāo)定位方法影像上目標(biāo)→地面坐標(biāo)？航天雷達(dá)觀測(cè)可參照此法②條件方程即基于矢量關(guān)系的構(gòu)像方程H2+(my·y+ro)2-[(X-Xs)2+(Y-Ys)2+(Z-Zs)2]=0Vxo(X-Xs)+Vyo(Y-Ys)+Vzo

(Z-Zs)=0③天線位置時(shí)序表達(dá)式稍有不同④地面控制點(diǎn)觀測(cè)值方程，待定位點(diǎn)亦然

為量測(cè)值X為初值對(duì)待定位點(diǎn)則為左右影像解算出的初值初值由多項(xiàng)式（6-2-13）計(jì)算，事先以控制點(diǎn)擬合

⑤像點(diǎn)坐標(biāo)變換以中心行為參照行的坐標(biāo)變換⑥初值計(jì)算以計(jì)算線性化后條件方程，即觀測(cè)值方程系數(shù)，獨(dú)立參量(天線位置，速度)a.航線上兩點(diǎn)天線位置已知，由某控制點(diǎn)地面坐標(biāo)可計(jì)算對(duì)應(yīng)天線位置坐標(biāo)b.由兩個(gè)以上控制點(diǎn)所對(duì)應(yīng)天線位置坐標(biāo)可求解六個(gè)獨(dú)立參量(一個(gè)控制點(diǎn)可列四個(gè)方程)地面點(diǎn)初值（控制點(diǎn)、待定位點(diǎn)）由多項(xiàng)式擬合后計(jì)算。⑦平差計(jì)算將獨(dú)立參量和待定位點(diǎn)一起解算出來，即由兩個(gè)條件方程線性化后，求解改正值參量由初值加上改正值，即得。雷達(dá)干涉測(cè)量原理簡(jiǎn)介

衛(wèi)星提供每一點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)為復(fù)型數(shù)據(jù)實(shí)部（dr）+虛部(di)雷達(dá)圖像解譯①解譯標(biāo)志主要在于色調(diào)、紋理、相對(duì)位置關(guān)系

形狀、大小由于受變形影響，很難利用②盡可能利用多極化圖像，或多時(shí)域圖像。③可與其它圖像一起，結(jié)合地物的各種圖像特點(diǎn)進(jìn)行分析。④注意季節(jié)的影響，注意影響回波的主要因素含水量，粗糙度，地物排列的方向性。⑤與計(jì)算機(jī)處理結(jié)合起來

如：去噪聲、增強(qiáng)、彩色合成、影像融合。⑥同一地物在不同情況下的色調(diào)不同。

如：鐵路延伸方向，同距離向一致，暗線條，同航向平行，較亮線條。

輻射計(jì)圖像解譯①物體大多透射率低，按1=ε+ρ(+τ)

分析②一般影像為“負(fù)片”亮為熱，暗為冷③水對(duì)微波系統(tǒng)為良好反射體，水一般為冷色調(diào)④注意含水量分析⑤植被密度是一個(gè)重要因素，密度越大，亮度越高

在微波輻射計(jì)圖像(正片)上的各種地物雷達(dá)圖像的計(jì)算機(jī)處理①去噪聲δ濾波

加權(quán)平均②直方圖均衡增強(qiáng)中部，壓抑兩頭（對(duì)直方圖）③紋理結(jié)構(gòu)紋理結(jié)構(gòu)單元中的排列Ai6561種（）紋理結(jié)構(gòu)直方圖H（Ai）全為0有一個(gè)1有一個(gè)2有兩個(gè)1有兩個(gè)2……峰值分析選取主要形態(tài)，并編碼其它形態(tài)按相似性處理④結(jié)構(gòu)指標(biāo)每窗共現(xiàn)矩陣0～255→128→64256×25664×64灰度相鄰的頻數(shù)，按八鄰元p(i,j)一個(gè)或幾個(gè)指標(biāo)反差，熵賦中心像元結(jié)構(gòu)特征圖像研究進(jìn)展1.小波變換方法

不同方向紋理，不同尺度，同一尺度三方向2.分形維數(shù)紋理平滑，維數(shù)值小，反之，大3.與其它影像結(jié)合利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，（配準(zhǔn)、樣本、訓(xùn)練）4.利用多時(shí)域影像

多時(shí)域，不受云雨干擾，有數(shù)據(jù)保障，形成時(shí)變曲線實(shí)習(xí)課ERDAS輸出影像顯示各種極化方式，兩波段，衛(wèi)星SAR，航空SAR彩色顯示（各極化）直方圖均衡中值濾波增強(qiáng)后的彩色合成彩色變換紋理信息提取模板自動(dòng)分類或紋理分割目視解譯(1)InputthefileformultiplebandsofimagesInterpreter→Utility